Utilizando Arduino Due en la docencia de la entrada/salida

U ilizando A duino Due en la docencia de la en ada/salida Se gio Ba achina Mi , Ge mán Fab ega Llueca, José Vicen e Ma í A ilés Dp o. de Ingenie ía y Ciencia de los Compu ado es Uni e si a Jaume I Cas ellón {ba achi, ab ega , ma i}@uji.es Resumen La p oblemá ica de la en ada/salida y su ges ión suele o ma pa e de las asigna u as de in oducción a la a - qui ec u a de compu ado es. La p opia na u aleza del ema y su di e sidad hace que las sesiones p ác icas se lle en a cabo habi ualmen e, bien sob e disposi i os especí icos sencillos, bien sob e simulado es, lo que las aleja de los disposi i os eales y les es a is osi- dad. Sin emba go, es posible u iliza disposi i os ac uales y sencillos, como las a je as A duino, pa a p esen a a los es udian es una isión más eal y a ac i a de la en- ada/salida, man eniendo a su ez la sencillez de uso de los en o nos y sis emas empleados, lo que conside- amos p io i a io en los p ime os cu sos de g ado. En nues o caso, pues o que ac ualmen e undamen a- mos nues a docencia en a qui ec u a de compu ado es sob e la a qui ec u a ARM, hemos op ado po el mode- lo A duino Due, que dispone de un mic ocon olado , el ATSAM3X8E, que implemen a la e sión Co ex- M3 de la a qui ec u a ARM. Pa a pode ealiza las p ác icas de en ada/salida he- mos modi icado lige amen e el en o no A duino pa a pode inclui p og amas en ensamblado , y hemos di- señado una pequeña a je a con un led RGB y un pulsa- do , lo que ha pe mi ido p opone eje cicios sencillos pe o is osos. Los p opios disposi i os del mic ocon- olado de la A duino DUE han bas ado pa a aba ca o os aspec os de la en ada/salida y p esen a ejemplos de mayo complejidad pa a incen i a a los es udian es. La p ime a expe iencia con es e en o no ha sido sa is- ac o ia an o pa a el p o eso ado de las asigna u as en las que se ha u ilizado como pa a los es udian es, en quienes además se ha omen ado el in e és en con i- nua abajando con las a je as A duino en sus p opios p oyec os. Abs ac The inpu /ou pu (I/O) and i s managemen is o en pa o he in oduc o y cou ses o compu e a chi ec u e. The e y na u e o his opic and i s di e si y makes ha he p ac ice sessions o en ake place ei he on sim- ple speci ic de ices, o on simula o s, which hide he complexi y o ac ual I/O de ices and sub ac s hei ap- pealing. Howe e , i is possible o use oday exis ing and sim- ple de ices such as A duino boa ds o in oduce s u- den s o a mo e ealis ic and a ac i e ision o he I/O, while main aining he ease o use o he equi ed en i- onmen s and sys ems, which we conside a p io i y on i s deg ee cou ses. In ou case, since cu en ly we base ou eaching on compu e a chi ec u e on he ARM a chi ec u e, we ha e op ed o he A duino Due model, which has a mic ocon olle , ATSAM3X8E, which implemen s he Co ex-M3 e sion o he ARM A chi ec u e. To ca y ou he labo a o y sessions on I/O we ha e sligh ly modi ied he A duino IDE in o de o accep assembly sou ce code. In addi ion, we ha e designed and buil a small boa d wi h an RGB led and a swi ch, which allowed us o p opose simple bu colou ul exe - cises. The buil -in I/O included in he ARM con olle o he A duino DUE boa d ha e p o ed enough o ex- plo e o he impo an aspec s o I/O as well as o o e mo e complex examples o incen i a e he s uden s on he subjec . The i s expe ience wi h his en i onmen has been sa is ac o y o bo h eache s and s uden s, who also ha e os e ed in e es in con inuing o wo k wi h A - duino ca ds in hei own p ojec s. Palab as cla e A qui ec u a de Compu ado es, En ada/Salida, A - duino Due, ARM, Thumb, Ensamblado . Ac as de las XXI Jo nadas de la Enseñanza Uni e si a ia de la In o má ica Ando a La Vella, del 8 al 10 de julio 2015 ISBN: 978-99920-70-10-9 58 1. Mo i ación Suele se habi ual que los cu sos de a qui ec u a de compu ado es cambien pe iódicamen e sus con e- nidos pa a así pode segui el paso a la espec acu- la e olución de la a qui ec u a de los compu ado es. Po o o lado, la mayo ía de los cu sos de a qui ec u a de compu ado es ecu en no malmen e a un ha dwa e de e minado pa a explica los concep os elacionados con la ma e ia [7]. En 2013 omamos la decisión de modi ica la a - qui ec u a de e e encia de las asigna u as elaciona- das con la ma e ia de A qui ec u a de Compu ado es. Decidimos cambia de la a qui ec u a MIPS a la ARM. La a qui ec u a ARM p esen a muchas ca ac e ís i- cas que la dis inguen de o as a qui ec u as con empo- áneas y, po o o lado, al es a basada en RISC, es ela- i amen e sencilla [5]. Además, el hecho de que ARM sea una a qui ec u a ac ual y ampliamen e di undida, especialmen e en disposi i os mó iles, sma phones y able s, es un ac o especialmen e mo i ado pa a los es udian es [6]. Una ez omada la decisión de cambia a la a qui- ec u a ARM, se inició un p oceso de ede inición de las guías docen es y de los ma e iales u ilizados en la enseñanza an o eó ica como p ác ica de las dis in as asigna u as elacionadas con la ma e ia de A qui ec u- a de Compu ado es. En conc e o, en la asigna u a Es uc u a de Compu- ado es, de p ime cu so, p ime semes e, uno de los obje i os ue el de ede ini la docencia an o eó ica como p ác ica de la pa e co espondien e a la ges ión de la en ada/salida. Has a ese momen o, en las p ác icas de dicha asig- na u a [2] se u ilizaba el simulado Q Spim1, an es llamado xspim en su e sión pa a GNU/Linux. El si- mulado xspim nos pa ecía un en o no adecuado pa a las p ác icas de en ada/salida de la asigna u a debido a que dicho simulado inco po a un pequeño p og a- ma moni o (cuyo código uen e es á disponible y pue- de se adap ado) y simula un conjun o de disposi i os de en ada/salida: eclado, pan alla y eloj, que pueden sinc oniza se po consul a de es ado o po in e upcio- nes. Pues o que e a necesa io adap a las p ác icas de en- ada/salida a la a qui ec u a ARM, nos plan eamos si que íamos con inua con una expe iencia docen e ba- sada en el uso de un simulado . En ese caso, el es- udian e debe ía p og ama en ensamblado el código necesa io pa a in e ac ua con los disposi i os de en- ada/salida p opo cionados po el simulado que ue a a u iliza se. O si po el con a io, apos ábamos po un en oque ce cano a lo que se ha dado en llama compu- ación ísica [10]. En es e caso, el es udian e in e ac- 1h p://spimsimula o .sou ce o ge.ne / ua ía con disposi i os ísicos, debe ía se conscien e de qué es lo que quie e que pase en la ealidad y po- d ía obse a cómo su aplicación es capaz, o no, de eacciona adecuadamen e an e e en os ex e nos. Si- guiendo dicho en oque, el es udian e pod ía elaciona ácilmen e la secuencia de acciones a las que un dispo- si i o iene que da espues a, con la p og amación que haya ealizado de dicho disposi i o. C eemos que es a segunda opción es mucho más en- iquecedo a pa a el es udian e que simplemen e limi- a se a obse a en la pan alla de un simulado si su código de ges ión de la en ada/salida se compo a co- mo eó icamen e debe ía. Es más, pues o que mucha de la p oblemá ica de la en ada/salida es á di ec amen e elacionada con la in e acción homb e-máquina, es a segunda opción o ece al es udian e la opo unidad de en en a se a un escena io eal, en el que si no se oman las debidas p ecauciones, no odo unciona á como se espe a. Así pues, una ez op amos po la in e acción con disposi i os ísicos, quedaba po decidi qué compo- nen e ha dwa e u iliza en el labo a o io. Pues o que nues as es icciones e a que dicho componen e es u- ie a basado en la a qui ec u a ARM y que ue a de bajo cos e, pa a que el es udian e pudie a adqui i lo en el caso de que e expe imen a po su cuen a, la a je a A duino Due, basada en ARM y con un p ecio econó- mico, nos dio la imp esión de se una buena elección. O a posible al e na i a, de la que hay expe iencias que p ueban que es una buena opción, hubie a sido la de u iliza la ídeo-consola Nin endo DS [9]. Sin em- ba go, la mayo complejidad de es e disposi i o y de su en o no, y el hecho de que una a je a desnuda como la A duino DUE dan al es udian e una isión más e iden- e del ha dwa e, nos e o za on en nues a decisión. La a je a A duino2, además de su gi del mundo académico, ha sido u ilizada ampliamen e y con éxi- o en la docencia uni e si a ia. Po ejemplo, en [8] se desc ibe cómo se ha empleado dicha a je a pa a la do- cencia de sis emas empo ados, con un en oque basado en p oyec os. De igual o ma, en [11] y [12] se des- c iben las en ajas que p opo ciona dicho en o no, en uno de los casos en combinación con los obo s LEGO, pa a la docencia de p og amación de compu ado es a es udian es que no son de ingenie ía in o má ica y que se en en an po p ime a ez a la p og amación. En conc e o, el modelo Due de A duino3p esen a las siguien es ca ac e ís icas que conside amos in e e- san es desde el pun o de is a de la docencia de la en- ada/salida u ilizando ARM como a qui ec u a de e- e encia: •Mic ocon olado A mel SAM3X8E con una CPU ARM Co ex-M3. 2h p://a duino.cc/ 3h p://a duino.cc/en/Main/a duinoBoa dDue Ac as de las XXI Jo nadas de la Enseñanza Uni e si a ia de la In o má ica Ando a La Vella, del 8 al 10 de julio 2015 ISBN: 978-99920-70-10-9 59 •54 pines de en ada/salida digi ales (de los cuales 12 pueden u iliza se como salidas PWM). •12 en adas analógicas. •4 UARTs (pue os se ie ha dwa e). •Conexión USB con capacidad on- he-go (OTG). •2 con e so es digi al a analógico. •Reloj (a 84 Mhz). •Conec o es SPI y JTAG. Todo lo an e io po menos de 45 ¤. Po si ue a poco, debido a la g an acogida que ha enido A duino po pa e de en usias as del hágalo us- ed mismo [13], el ecosis ema a su al ededo es simple- men e imp esionan e: exis en mul i ud de p oyec os li- b emen e accesibles, una g an can idad de ex ensiones ha dwa e (shields) que se acoplan di ec amen e sob e la a je a A duino, y una ingen e can idad de so wa e lib e y de documen ación. En cuan o al en o no de desa ollo A duino, és e p opo ciona un conjun o de biblio ecas y unciones des inadas al manejo de la en ada/salida y a la co- municación de la a je a A duino con el compu ado a a és del pue o USB. Po no menciona las biblio e- cas p opo cionadas po los ab ican es de los dis in os shields, que se pueden inco po a ácilmen e al en o no pa a pode u iliza los de una o ma sencilla. Po o o lado, la p og amación de la a je a A duino se ealiza habi ualmen e en C/C++. Es más, el en o no de desa ollo A duino solo sopo a dichos lenguajes. Teniendo en cuen a la g an a iedad de modelos A - duino, es a decisión en endemos que es á mo i ada po la in ención de que si alguien desa olla un código en C/C++ pa a una de e minada a je a A duino, és e po- d á u iliza se en o os modelos de a je as A duino sin ningún p oblema. No ocu i ía lo mismo si se pe mi- ie a p og ama en lenguaje ensamblado , ya que dicho p og ama es a ía ligado a la a qui ec u a conc e a de un de e minado modelo de a je a A duino, pe diéndo- se la compa ibilidad so wa e en e a je as. Sin emba go, pa a el caso que nos ocupa, la ges- ión de la en ada/salida a bajo ni el, las unciones en C/C++ p opo cionadas po el en o no A duino abs- aen una g an pa e de la p oblemá ica elacionada con la ges ión de la en ada/salida desde el pun o de is a de un a qui ec o de compu ado es. Así que apa en e- men e no podíamos con a con el en o no de desa ollo de A duino pa a p og ama di ec amen e la a je a A - duino Due, a no se que decidié amos ocul a lo que ealmen e ocu e a ni el del lenguaje máquina. A o unadamen e, y pues o que el en o no de desa- ollo de A duino es so wa e lib e, uimos capaces de in oduci las modi icaciones necesa ias pa a que dicho en o no acep a a di ec amen e código en ensamblado . En is a de odo lo an e io , decidimos adqui i unas cuan as a je as A duino Due y e alua cómo pod ía- mos u iliza las pa a la docencia de la ges ión de la en- ada/salida. A pa i de dicho es udio, desa ollamos el ecu so docen e que p esen amos en es e a ículo y que ha sido u ilizado más que sa is ac o iamen e du an e el cu so 2014/15 en los G ados en Ingenie ía In o má i- ca y en Ma emá ica Compu acional de la Uni e si a Jaume I. El es o del a ículo es á o ganizado como sigue. En el Apa ado 2 se mues a el con ex o docen e en el que se ha desa ollado el ecu so docen e p opues o. En el Apa ado 3 se desc ibe el ma e ial del que cons a es e ecu so docen e. El Apa ado 4 mues a los esul ados ob enidos. Finalmen e, en el apa ado 5 se desc iben las conclusiones y abajo u u o. 2. Con ex o docen e La asigna u a Es uc u a de Compu ado es es de o - mación básica y se impa e en p ime cu so, p ime se- mes e en los G ados en Ingenie ía In o má ica y en Ma emá ica Compu acional de la Uni e si a Jaume I. Al se una asigna u a de o mación básica, iene asignada pa e de la siguien e compe encia ijada po Resolución de 8 de junio de 2009, de la Sec e a ía Ge- ne al de Uni e sidades4: «Conocimien o de la es uc- u a, o ganización, uncionamien o e in e conexión de los sis emas in o má icos, los undamen os de su p o- g amación, y su aplicación pa a la esolución de p o- blemas p opios de la ingenie ía». Con el obje i o de da espues a a dicha compe en- cia, la asigna u a se ha es uc u ado en es emas, el e ce o de los cuales aba ca los sis emas de en ada/- salida. Pa a dicho ema se han de inido los obje i os o ma i os que se de allan a con inuación. El es udian e, al inaliza la asigna u a, debe á se capaz de: 1. Desc ibi la p oblemá ica gene al de la en ada/- salida. 2. De ini los é minos de la encia, asa de ans e- encia y p oduc i idad y se capaz de es ima o calcula sus alo es pa iendo de da os su icien- es. 3. Ca ac e iza los sis emas de en ada/salida en un- ción de su compo amien o, in e locu o , asa de ans e encia y la encia. 4. Desc ibi la es uc u a gene al de los disposi i os de en ada/salida. 5. Enume a y desc ibi las o mas po medio de las cuales el p ocesado puede accede a los disposi- i os de en ada/salida. 6. Enume a los ipos de egis os de los disposi i os de en ada/salida y explica cómo y pa a qué se u ilizan. 4Publicada en el BOE el 4 de agos o de 2009 Ac as de las XXI Jo nadas de la Enseñanza Uni e si a ia de la In o má ica Ando a La Vella, del 8 al 10 de julio 2015 ISBN: 978-99920-70-10-9 60 7. Explica y e alua el uncionamien o, así como las en ajas y des en ajas, de los dos sis emas de sinc onización de la en ada/salida: I) consul a de es ado (polling) e II) in e upciones. 8. Explica y e alua el uncionamien o, así como las en ajas y des en ajas, de los dos sis emas de ans e encia de da os de en ada/salida: I) ans- e encias po p og ama ealizadas po el p ocesa- do y II) acceso di ec o a memo ia (DMA). 9. Desc ibi las ca ac e ís icas gene ales de la en a- da/salida de p opósi o gene al (GPIO) y de los mecanismos de empo ización de los o denado- es. 10. Analiza p og amas esc i os en ensamblado Thumb 2 que ges ionen disposi i os de en ada/- salida. 11. Desa olla p og amas en ensamblado Thumb 2 que ges ionen disposi i os de en ada/salida. Pa a la consecución de los an e io es obje i os o - ma i os, se ha op ado po di idi la ma e ia obje o de es udio en los siguien es cinco bloques: 1. In oducción y p oblemá ica gene al de la en a- da/salida. 2. Aspec os gene ales de la en ada/salida de p opó- si o gene al (GPIO) y de la empo ización. 3. Ges ión de la en ada/salida po medio de consul- a de es ado. 4. Ges ión de la en ada/salida po medio de in e- upciones. 5. T ans e encia de da os po p ocesado y po acce- so di ec o a memo ia. En cuan o a la ca ga de abajo del es udian e, se han asignado 1,8c édi os ECTS. La mayo pa e del aba- jo se ealiza á a lo la go de 5 semanas en los siguien es ipos de ac i idades: •5 sesiones de eo ía de 2 ho as cada una. •4 sesiones de labo a o io de 2 ho as cada una. •18 ho as de p epa ación en e sesiones. La o ganización empo al de las sesiones de eo ía y labo a o io se mues a en la Figu a 1. Con iene des- aca que se ha apos ado po ealiza las sesiones de eo ía y labo a o io en el mismo día pa a e i a que la sesión de eo ía y su labo a o io co espondien e se desinc onicen debido a la p esencia de es i os. Es a sinc onización es impo an e ya que nos pe mi e se- gui una me odología docen e en la que el es udian e p epa a po su cuen a el con enido que se desa olla á en la siguien e sesión, an o en la clase de eo ía como en la de p ác icas. Además de las ho as ya indicadas, el es udian e de- be á dedica 9 ho as de es udio pe sonal pa a exámenes —no necesa iamen e en esas semanas—. En cuan o a la me odología docen e, se ha segui- do el siguien e plan eamien o basado en la u ilización 9:00 11:00 11:30 13:30 S10 S11 S12 S13 S14 Teo ía En ada/Salida P ác icas En ada/Salida Figu a 1: O ganización empo al de las sesiones de eo- ía y labo a o io de en egables y en la me odología de clase in e ida ( lipped class oom): •En p ime luga , el es udian e debe p epa a de o ma indi idual una pa e de cada una de las se- siones de eo ía y labo a o io con an elación. Pa a ello, una semana an es se le p opo ciona un en e- gable en el que se indica qué documen ación debe consul a , además de un conjun o de p egun as y eje cicios sencillos que debe ía se capaz de e- sol e a pa i de dicha documen ación. •La clase de eo ía comienza con la esolución de o ma conjun a de las dudas que hayan podido su gi du an e la ealización del en egable, así como la co ección de las p egun as y eje cicios plan eados. Una ez hecho lo an e io , se p o un- diza sob e el ema en cues ión y se plan ean nue- os p oblemas que deben se esuel os en equipos de es es udian es. •Po úl imo, cada equipo ealiza en el labo a o io la co espondien e p ác ica sob e el ema en cues- ión. La e aluación se ealiza de o ma con inua y iene en cuen a los en egables ealizados, la no a ob enida en las sesiones de labo a o io, la no a ob enida en el examen de obje i os básicos co espondien e y la pa e co espondien e a la en ada/salida en el examen eó i- co. Pa a la ges ión y cali icación de las ac i idades se ha u ilizado la he amien a desc i a en [1]. 3. En ada/salida con A duino El ecu so docen e p esen ado en es e a ículo p e- ende p opo ciona ma e ial eó ico y de labo a o io con el obje i o de acili a la comp ensión po pa e del es udian e de la ges ión de la en ada/salida desde el pun o de is a de la a qui ec u a de compu ado es. Cons a de: •Los es úl imos capí ulos de [3]. •P og amas de ejemplo. •El en o no de desa ollo de A duino modi icado pa a acep a iche os en ensamblado . •Esquemá ico de un ci cui o sencillo con un pulsa- do y un diodo LED RGB. Ac as de las XXI Jo nadas de la Enseñanza Uni e si a ia de la In o má ica Ando a La Vella, del 8 al 10 de julio 2015 ISBN: 978-99920-70-10-9 61 •Solución del p o eso . Todo el ma e ial an e io , sal o la solución del p o- eso , que es á disponible bajo demanda, puede desca - ga se desde la siguien e di ección web: h p://lo ca.ac .uji.es/book/p ac ARM/ Con iene ene en cuen a que pa a pode ealiza las p ác icas p opues as, an solo se á necesa io dispone , po cada equipo de es udian es, del siguien e ma e ial: •1 Compu ado con GNU/Linux, MacOSX o Win- dows. •1 Ta je a A duino Due. •1 Ta je a de en ada/salida basada en el esquemá- ico p opo cionado ( e Figu a 2). Figu a 2: Ta je a de en ada/salida Los siguien es subapa ados desc iben con un poco más de de alle los dis in os ma e iales que o man es e ecu so docen e. 3.1. Capí ulos de en ada/salida La pa e del lib o «In oducción a la a qui ec u a de compu ado es con Q ARMSim y A duino» [3] dedica- da a la en ada/salida se ha o ganizado en es capí u- los. El p ime o de ellos p opo ciona una in oducción eó ica a la en ada/salida. Comienza hablando de las gene alidades y p oblemá ica asociada a la en ada/sa- lida. Desc ibe la es uc u a de los sis emas y disposi- i os de en ada/salida. Con inúa con la ges ión de la en ada/salida po medio de consul a de es ado y de in- e upciones. Po úl imo, desc ibe las ans e encias de da os y la DMA. Es un capí ulo eminen emen e eó i- co, que si e como in oducción eó ica de cada uno de los emas comen ados. El segundo de los capí ulos se cen a en los disposi i- os de en ada/salida. El p ime apa ado a a los dis- posi i os de en ada/salida elacionados con la en a- da/salida de p opósi o gene al (GPIO). P ime o desde un pun o de is a gené ico y después, pa icula izado a la GPIO del ATSAM3X8E (el mic ocon olado inco - po ado en la a je a A duino Due). El segundo apa ado aba ca la ges ión del iempo. Al igual que an es, en un p ime luga de o ma gené ica, pa a después pa icu- la iza lo a la ges ión del iempo del ATSAM3X8E. El e ce apa ado cub e la ges ión de excepciones e in e- upciones en el ATSAM3X8E. El úl imo apa ado, el con olado de DMA del ATSAM3X8E. El úl imo de los es capí ulos es á des inado al en- o no de p ác icas. Comienza desc ibiendo la a je a A duino Due, la a je a de en ada/salida, el en o no de desa ollo y la c eación de p oyec os en dicho en o no. A con inuación, se p oponen eje cicios pa a las cua o sesiones de labo a o io que se de allan seguidamen e. In oducción a la en ada/salida. En es a p ime a sesión se mues a cómo encende o a apaga el LED de la a je a de en ada/salida; cómo esc ibi in o ma- ción po medio del pue o se ie de la a je a A duino; y cómo accede a la in o mación del eloj de iempo eal pa a ob ene la echa y ho a ac ual de la a je a A duino Due. En ada/salida po consul a de es ado. En es a se- sión se incide sob e la consul a de es ado y su p oble- má ica. El es udian e debe á p og ama el en o no A - duino pa a de ec a la pulsación del pulsado de la a - je a de en ada/salida y ac ua en consecuencia. Tam- bién end á que p og ama una ala ma en el eloj en iempo eal de la a je a A duino y a e igua po con- sul a de es ado si la ala ma ha sal ado o no. En ada/salida po in e upciones. En es a sesión el es udian e debe con igu a la a je a A duino pa a ac i a las in e upciones y p oba las dis in as con i- gu aciones disponibles. Se p opone u iliza el pulsado de la a je a de en ada/salida pa a comp oba cómo a- ía el a amien o de las in e upciones en unción de la con igu ación seleccionada. El es udian e ambién de- be á p og ama el eloj en iempo eal pa a ija una ala ma de al o ma que cuando és a sal e, se gene e una in e upción (y compa a el compo amien o de es- a p ác ica con el obse ado en la p ác ica an e io , en la que se a e iguaba si la ala ma se había gene ado o no po medio de la consul a de es ado). Modulación po ancho de pulso (PWM), acceso di- ec o a memo ia (DMA) y pue o USB. En p ime luga , el es udian e e á cómo se puede disminui la in ensidad pe cibida del LED de la a je a de en ada/- salida sin más que modi ica la p opo ción de iempo que és e pe manece encendido en un ciclo de aba- jo. En la segunda pa e de la p ác ica, explo a á la u i- lización del con olado de acceso di ec o a memo ia (DMA) pa a la ans e encia de bloques de memo ia. En la úl ima pa e de la p ác ica, debe á pone en un- cionamien o un ejemplo más elabo ado capaz de p o- g ama la a je a A duino Due de al o ma que és a simule que es un a ón, p ime o, y un eclado, después. Ac as de las XXI Jo nadas de la Enseñanza Uni e si a ia de la In o má ica Ando a La Vella, del 8 al 10 de julio 2015 ISBN: 978-99920-70-10-9 62 3.2. P og amas de ejemplo Como ya se ha comen ado an e io men e, el obje i o de las p ác icas es el de ealiza p og amas en ensam- blado de ARM que sean capaces de con igu a e in e - ac ua con los disposi i os de en ada/salida p esen es en la a je a A duino Due. No se ía ealis a p e ende que en cada sesión de dos ho as de labo a o io los es udian es ue an capaces de abo da desde ce o odos los p og amas que se p opo- nen en cada sesión. Po an o, pa a la mayo ía de los eje cicios p opues os se p opo ciona una p ime a e - sión que los es udian es debe án i modi icando, com- ple ando o ex endiendo en unción de lo que deban ea- liza inalmen e. Dichos p og amas de ejemplo se p opo cionan am- bién como pa e de es e ecu so docen e. En ellos se han ocul ado agmen os de código y alo es conc e- os de e ique as, másca as y di ecciones de E/S pa a que los alumnos los comple en, man eniendo la es uc- u a del p og ama y los comen a ios desc ip i os de las acciones que debe ealiza cada sección del código y cada ins ucción pa a acili a la comp ensión po pa - e del alumno. La Figu a 4 mues a un agmen o de código a modo de ejemplo. 3.3. En o no de desa ollo modi icado El en o no de desa ollo de A duino, que puede des- ca ga se desde su página web, no sopo a la ealización de p oyec os A duino en o os lenguajes de p og ama- ción que no sean C o C++. A o unadamen e, pues o que dicho en o no de desa ollo es so wa e lib e, he- mos podido es udia su código y modi ica lo pa a que ambién acep a a y compila a p og amas en lenguaje ensamblado . U ilizando es a e sión modi icada es posible desa- olla p oyec os que engan iche os uen e an o en C/C+, como en ensamblado de ARM. Es o nos ha pe - mi ido g adua la di icul ad de las p ác icas de al o - ma que de e minadas acciones se ealizan inicialmen e en C/C++ y pos e io men e se mues a qué acciones se deben ealiza a bajo ni el pa a consegui el mismo e ec o. 3.4. Ci cui o sencillo con un pulsado y un diodo LED RGB Aunque exis en mul i ud de ex ensiones ha dwa e (shields) de en ada/salida pa a la a je a A duino Due, nos plan eamos cuál se ía el ci cui o más simple que pe mi ie a ealiza p ác icas de en ada/salida que ue- an sencillas pe o su icien emen e is osas. Llegamos a la conclusión de que pues o que la a - je a A duino Due ya p opo ciona o os disposi i os de en ada/salida como un empo izado , un eloj de iem- po eal y un con olado de DMA, e a su icien e con un ci cui o simple como el mos ado en la placa de la Figu a 2. Dicho ci cui o es á o mado po 4 esis en- cias, un pulsado y un diodo LED RGB. De es a o - ma, es posible p o oca e en os en la a je a po medio del pulsado y isualiza su salida po medio del diodo LED RGB. Hay que ene en cuen a que, al a a se de un diodo LED RGB, se dispone en ealidad de es sa- lidas, cada una de ellas asociada a uno de los colo es: ojo, e de y azul. Además, se ha diseñado una placa con dicho ci cui o de al o ma que pueda inse a se di ec amen e en la a je a A duino Due, al y como se puede e en la Figu a 3. Figu a 3: Ta je a A duino/Due con la a je a de en a- da/salida conec ada Desde nues o pun o de is a, la u ilización de un ci cui o ex emadamen e sencillo en luga de un shield p e ab icado p esen a dos en ajas. Po un lado, el ci - cui o p opues o iene pocos componen es y un es u- dian e pod ía ep oduci lo po su cuen a po muy poco dine o (ni siquie a es necesa io que ab ique una pla- ca imp esa, pod ía u iliza di ec amen e una placa de p o o ipos). Po o o lado, al u iliza un ci cui o an sencillo, el es udian e es conscien e de que dichos elemen os (pul- sado y LED RGB) es án di ec amen e conec ados a los pines de en ada/salida de la a je a A duino. Así, cuando pos e io men e p og ame la GPIO a bajo ni el, pod á e que su p og ama en ensamblado es a á con- igu ando, consul ando o ac i ando jus amen e dichos pines de en ada/salida. Un shield más complejo (po ejemplo una pan alla LCD) pod ía esul a más is oso, pe o además de se más ca o, una de dos, o se hab ía añadido una com- plejidad innecesa ia en el caso de ges iona su en a- da/salida a bajo ni el, o se hubie a ocul ado el uncio- namien o de la en ada/salida en el caso de habe u i- lizado las unciones en C/C++ p opo cionadas po el co espondien e ab ican e. Ac as de las XXI Jo nadas de la Enseñanza Uni e si a ia de la In o má ica Ando a La Vella, del 8 al 10 de julio 2015 ISBN: 978-99920-70-10-9 63 3.5. O os disposi i os in e esan es La di e sidad de disposi i os p esen es en el mic o- con olado ATSAM3X8E hace que sea necesa io bus- ca un equilib io adecuado en e qué es necesa io pa a aba ca odos los obje i os de la asigna u a y qué pue- de esul a ú il y is oso, mo i ando al es udian e, pe o añade una complejidad excesi a pa a p ime cu so. Nues a elección se conc e ó en el uso, como dispo- si i os undamen ales, de la GPIO (en ada/salida de p opósi o gene al) y del eloj de iempo eal como ele- men o de empo ización. Ambos pe mi en su ges ión median e p ueba de es ado o in e upciones, y son su- icien emen e sencillos y áciles de comp ende . Pa a el segundo g upo, se u ilizó el PWM (modula- ción de anchu a de pulsos) y la in e az de disposi i- o USB. Median e modi icaciones sencillas del códi- go que se les p opo cionaba, los es udian es pudie on e un uso más a anzado de la en ada/salida, sin que hubie a una g an complejidad concep ual en los eje ci- cios. 4. Resul ados Una ez inalizado el cu so, ealizamos una encues a con 3 p egun as de escala Like de 1 a 5, siendo 1 « o- almen e en desacue do» y 5 « o almen e de acue do», y 2 de espues a abie a. Con es a on a dicha encues a 28 es udian es (un 19 % de los que siguie on la asigna- u a). Las p ime as dos p egun as, elacionadas con el ob- je i o docen e del ecu so y la sa is acción del es u- dian e, «Conside o que las p ác icas con A duino me han se ido pa a en ende mejo cómo unciona y se p og ama la en ada/salida» y «Recomenda ía que se siguie a u ilizando A duino en la docencia de a qui ec- u a de compu ado es» ob u ie on una mediana de 4 y 5, espec i amen e. La e ce a p egun a, di igida ex- clusi amen e a epe ido es, «Conside o más in e esan- es las p ác icas de E/S sob e A duino de es e cu so que las que se ealiza on el cu so pasado con el simulado XSPIM», ob u o una mediana de 5. Las espues as ob enidas en la penúl ima p egun a, «¿Qué aspec os posi i os des aca ías de las p ác icas con A duino?», des aca on la mo i ación que supone un sis ema eal y en conc e o el A duino, así como la mayo acilidad en en ende el uncionamien o de la en ada/salida sob e dicho sis ema, en e al uso de un simulado . Po úl imo, las espues as a la p egun a «¿Qué c ees que con end ía mejo a de las p ác icas con A duino?» incidie on en que les hubie a gus ado que la asigna u a dispusie a de más iempo pa a pode p o undiza más en la a qui ec u a de compu ado es y que se hubie a explicado con más de alle el IDE de A duino, que les esul ó un poco desconce an e al p incipio. Al ma gen de la encues a, me ece la pena des aca el que es udian es que ya habían supe ado la asigna u a, cuando se han en e ado po sus compañe os que había- mos u ilizado A duino en las p ác icas, nos han pedido pe miso pa a pode acudi como oyen es a las p ác icas del p óximo cu so. En cuan o al endimien o académico, compa ado con espec o al cu so an e io , se ha aumen ado el po - cen aje de es udian es que han seguido la asigna u a del 83 % al 88 % y el núme o de ap obados del 49 % al 56 %. Si bien es cie o que no es posible conclui que las mejo as en los esul ados es én di ec amen e elacionadas con la u ilización de es e ecu so docen e, ya que hay una g an a iedad de ac o es que pod ían habe mo i ado dichas mejo as. Po úl imo, la alo ación de los p o eso es de labo- a o io ambién ha sido muy posi i a. 5. Conclusiones y abajo u u o Conside amos que el ecu so docen e p esen ado ha pe mi ido comple a en buena medida los obje i os que nos plan eamos al decidi o ien a la asigna u a en- o no a la a qui ec u a ARM. También c eemos, basán- donos en los esul ados académicos del p esen e cu so, así como en las espues as dadas po los es udian es as el desa ollo de las p ác icas, que el uso de la a - je a A duino Due ha sido una elección ace ada. Además, conside amos que se ha p opo cionado a los es udian es una base de conocimien os su icien e pa a que puedan con inua desa ollando sus p opios p oyec os con sis emas A duino y, lo que conside a- mos más impo an e, c eemos habe susci ado su in e- és po el desa ollo de es os p oyec os que, en de i- ni i a, les pe mi i á mejo a múl iples aspec os de su o mación en a qui ec u a de compu ado es y en dise- ño de sis emas in o má icos. Pa a los p óximos años se p e é mejo a y comple- a an o la documen ación de los aspec os eó icos co- mo los eje cicios p ác icos, con nue os ejemplos que incidan sob e o os disposi i os in eg ados en el AT- SAM3X8E, que se deja án como abajo de ampliación de conocimien os pa a los es udian es. Po o a pa e, en el caso de que se amplia a el si- mulado desc i o en [4] pa a sopo a el conjun o de ins ucciones Thumb II, que co esponde a la a qui ec- u a p esen e en la a je a A duino Due, se ía deseable, en el u u o, enlaza ambos sis emas. Re e encias [1] Se gio Ba achina Mi , Asunción Cas año Ál a- ez, Ma ibel Cas illo Ca alán, Ge mán León Na- Ac as de las XXI Jo nadas de la Enseñanza Uni e si a ia de la In o má ica Ando a La Vella, del 8 al 10 de julio 2015 ISBN: 978-99920-70-10-9 64 1# Espe a ac i ación pulsado y eg esa 2# Decla aciones de cons an es 3.equ PIOB, 0x???????? @ Di ección base del PIO B 4.equ PIO_PER, 0x?? @ O se Pio Enable Regis e 5.equ PIO_IDR, 0x?? @ O se In e up Disable Regis e 6.equ PIO_PUER, 0x?? @ O se Pull Up Enable Regis e 7[...] 8# oid pulsado () 9# Espe a pulsación pulsado y eg esa de ol iendo el CHIP ID 10 pulsado : 11 # 0 - Di ección base del PIOB 12 # 1 - Másca a del pulsado 13 # 2 - Con enido del egis o de E/S del PIOB 14 push {l } @ No usamos los egis os 4- 7 15 # Con igu ación del pin del pulsado como en ada con pull-up 16 ld 0, =PIOB @ Di ección base del Con olado PIOB 17 ld 1, =PULMSK @ Másca a con el bi del pulsado ac i ado 18 s 1, [ 0, ???????] @ Deshabili a in e upciones asoc. al pin 19 s 1, [ 0, ???????] @ Ac i a el pull-up 20 [...] Figu a 4: Ejemplo de agmen o de código p opo cionado a los es udian es a o, Ra ael Mayo Gual y En ique S. Quin ana O í Aplicación pa a la ges ión y cali icación de ac i idades ECTS. En Ac as de las XIX Jo na- das de Enseñanza Uni e si a ia de la In o má ica, Cas ellón, 2013. [2] Se gio Ba achina Mi , Ma ibel Cas illo Ca alán, José M. Cla e Ibo a y Juan C. Fe nández Fe - nández. P ác icas de in oducción a la a qui ec u- a de compu ado es con el simulado SPIM. Pea - son Educación, 2013. [3] Se gio Ba achina Mi , Ma ibel Cas illo Ca a- lán, Ge mán Fab ega Llueca, Juan Ca los Fe - nández Fe nández, Ge mán León Na a o, Jo- sé Vicen e Ma í A ilés, Ra ael Mayo Gual y Raúl Mon oliu Colás. In oducción a la A - qui ec u a de Compu ado es con Q ARMSim y A duino. h p://lo ca.ac .uji.es/ book/p ac ARM/, 2014. [4] Se gio Ba achina Mi , Ge mán Fab ega Llue- ca, Juan Ca los Fe nández Fe nández y Ge mán León Na a o. ARMSim y Q ARMSim: simula- do de ARM pa a docencia. En Ac as de las XXI Jo nadas de Enseñanza Uni e si a ia de la In o - má ica, Ando a, 2015. [5] Alan Clemen s. 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